油圧ソレノイド方向制御弁と手動弁: 完全な自動化と性能の比較

油圧システムの設計者、機器メーカー、および輸出調達の専門家にとって、正しい方向制御バルブの選択は、機械の自動化機能、オペレーターの安全性、およびシステムの応答性に直接影響します。手動バルブはシンプルさと直接的な触覚制御を提供しますが、バルブの位置にオペレーターがいる必要があり、自動制御システムに統合することはできません。 油圧ソレノイド方向制御弁 電気信号を機械的なスプールの動きに変換し、遠隔操作、プログラマブル ロジック コントローラーの統合、および手動バルブでは実現できない迅速な応答時間を可能にします。これらのバルブ タイプの違いを理解することは、購入者が自動農業機械から産業生産ラインに至るまでのアプリケーションに最適なソリューションを選択するのに役立ちます。

手動バルブは機械式レバーに依存しており、オペレーターが物理的に動かす必要があります。このため、オペレータはバルブの近くにいる必要があり、自動化の可能性が制限され、繰り返しの操作中に疲労が生じます。ソレノイドバルブは、電流が流れると電磁コイルを使用してスプールを移動します。これにより、リモート オペレーター ステーションからの押しボタン制御、プログラマブル コントローラーによる自動シーケンス、秒ではなくミリ秒で測定される応答時間が可能になります。次の表は、油圧ソレノイド方向制御バルブと手動バルブの主な違いをまとめたものです。

業界の経験により、油圧ソレノイド方向制御バルブが、頻繁なサイクリングや遠隔操作を伴う用途に優れた自動化機能とオペレータの快適性を提供することが確認されています。自動化プロセスの一部として機能する必要がある機器にとって、ソレノイドバルブ技術はオプションではなく必須です。

電磁弁の構造と動作原理を理解する

油圧ソレノイド方向制御弁は、電気信号を油圧流量制御に変換するために連携して動作するいくつかの主要コンポーネントで構成されています。この構造を理解することは、購入者がバルブの品質を評価し、用途に適した構成を選択するのに役立ちます。

バルブ本体は通常、最大 350 バールまたは平方インチあたり 5000 ポンドの油圧に耐える高強度の鋳鉄またはダクタイル鋳鉄で作られています。ボディには、スプールを収容し、ポート間に流路を提供する精密機械加工されたボアが含まれています。ソレノイド バルブには、湿式アーマチュアと乾式アーマチュアの 2 つの主な構造タイプがあります。湿式アーマチュア ソレノイドでは、アーマチュアが作動油に浸漬されており、可動部品が潤滑され、熱が放散されますが、作動油の清浄度には特別な注意が必要です。ドライアーマチュアソレノイドでは、アーマチュアがシールチューブによって作動油から分離されており、電気部品をドライに保ちますが、追加の摩擦が発生します。ほとんどのモバイルおよび産業用途では、湿式アーマチュア設計により、より長い耐用年数とより高い力出力が実現します。

ソレノイド コイルは電気エネルギーを磁力に変換し、アーマチュアと取り付けられたスプールを動かします。コイルの定格は電圧によって決まります。通常、モバイル用途では 12 または 24 ボルト DC、産業用途では 110 または 220 ボルト AC です。 DC コイルは AC コイルよりも静かで発熱も少ないですが、十分なバッテリー容量が必要です。 AC コイルは、スプールの初期動作時に突入電流が高く、その後保持電流が低くなり、連続動作中の熱を抑えながら強力なシフト力を提供します。コイルは湿気、埃、振動から保護するためにカプセル化されています。 Anhui Zhongjia Hydraulic Technology Co., Ltd. で使用されているような高品質のコイルは、数百万サイクルにわたってテストされ、過熱することなく連続運転できると評価されています。

スプールは流れを方向付ける可動要素であり、手動バルブのスプールと機能は同じですが、レバーの動きではなくソレノイドの力によってシフトされます。スプールは硬化鋼から精密研磨され、表面仕上げは 0.2 マイクロメートル Ra 未満です。異なるスプール タイプにより、オープン センター、クローズド センター、タンデム センター、フロート センター、回生センターなど、異なるフロー パターンが得られます。スプールの位置は、どのソレノイドが通電されるかによって決まります。 2 ポジションバルブには、移動の両端にスプールがあります。 3 ポジションバルブはスプリング中心の中立位置を持ち、ソレノイドがスプリング力に抗してスプールを移動します。

手動オーバーライドはソレノイドバルブの重要な機能であり、電力が利用できない場合や試運転中にバルブを手動でシフトすることができます。ソレノイドハウジング上の小さなボタンまたはレバーは、アーマチュアとスプールを手動で押します。手動オーバーライドは、トラブルシューティングや電気システムに障害が発生した場合の緊急操作に不可欠です。オーバーライド機構は通常、バネで戻されており、動作するには工具または爪の圧力が必要です。バルブを継続的に手動操作する必要がある用途では、継続的な圧力をかけずに位置を保持する戻り止め付きオーバーライドを使用できます。

直動式ソレノイドバルブとパイロット式ソレノイドバルブの比較

油圧ソレノイド方向制御弁は、スプールをシフトするためにソレノイドの力がどのように適用されるかに基づいて、2 つの主要なカテゴリに分類されます。直動設計とパイロット操作設計の違いを理解することは、購入者が流量と圧力の要件に適したバルブを選択するのに役立ちます。

直動式ソレノイドバルブは、ソレノイドアーマチュアがメインスプールに直接接続されています。ソレノイドが通電すると、アーマチュアがスプールを移動位置まで直接引っ張ります。直動式バルブはシンプルで信頼性が高く、応答時間は最速 (通常 20 ～ 40 ミリ秒) です。ただし、スプールに作用する油圧の流れの力により、スプールをシフトするのに必要なソレノイド力は流れと圧力とともに増加します。したがって、直動バルブはより小さな流量、通常は毎分最大 40 ～ 60 リットルに制限されます。パイロット回路、ブレーキシステム、小型器具などの低流量用途では、直動式バルブが低コストで優れた性能を発揮します。

パイロット作動ソレノイド バルブは、小さなパイロット ソレノイドを使用して、大きなメイン スプールの位置を制御します。パイロットソレノイドが励磁されると、少量の作動油がメイン圧力ポートからメインスプールの端に送られ、メインスプールがシフト位置に押し込まれます。次に、パイロット流体はメインスプールの反対側の端から排出されてタンクに戻ります。パイロット操作バルブは、ソレノイドを直接動かすのではなく、パイロット システムがメイン スプールを動かす力を提供するため、直動バルブよりもはるかに高い流量を制御できます。パイロット操作バルブでは、毎分 80 ～ 300 リットルの流量が一般的です。ただし、パイロット操作バルブは、メインスプールをシフトするのに必要なパイロット力を生成するために、最小圧力 (通常は 5 ～ 10 bar) を必要とします。非常に低い圧力では、バルブが確実に動かない可能性があります。パイロット操作バルブの応答時間も直動バルブよりわずかに遅く、通常は 50 ～ 100 ミリ秒です。

直動設計とパイロット操作設計のどちらを選択するかは、用途によって異なります。高速応答が重要な低流量、低圧システムの場合は、直動式バルブが推奨されます。圧力が利用可能な高流量システムの場合、パイロット操作バルブは、妥当な応答時間で必要な流量容量を提供します。非常に低い圧力で動作する必要があるシステム、または頻繁に圧力低下が発生するシステムの場合、直動バルブはより信頼性の高いシフトを提供します。安徽中嘉を含む多くのメーカーが両方のタイプを提供しているため、システム設計者はマルチバルブシステムの各機能に最適なバルブを選択できます。

電磁弁の構成と回路機能

油圧ソレノイド方向制御弁は、油圧回路の動作を決定するいくつかの構成で利用できます。これらの構成を理解することは、購入者が特定の機械機能や制御要件に適したバルブを選択するのに役立ちます。

スプールタイプは、手動バルブと同様に、各スプール位置の流路を決定します。ソレノイドバルブの一般的なスプールタイプには、オープンセンター、クローズドセンター、タンデムセンター、フロートセンター、回生センターなどがあります。オープンセンタースプールは、すべての作動ポートを中立位置のタンクに接続し、ポンプの流れを低圧でタンクに戻すことができます。これは、オープンセンター油圧システムの最も一般的な構成です。クローズドセンタースプールは、可変容量ポンプまたはアキュムレータ回路で使用されるニュートラルのすべてのポートをブロックします。タンデムセンタースプールはポンプポートをタンクに接続し、中立状態で作業ポートをブロックし、ポンプの流れがタンクに戻る間アクチュエータの負荷を保持できるようにします。フロートセンタースプールは、ポンプポートをブロックしながら両方の作業ポートを中立のタンクに接続し、アクチュエータが外力を受けて自由に動くことを可能にします。

ポジション数は、バルブが提供する個別のスプール ポジションの数を指します。 2 つの位置バルブには移動の両端にスプールがあり、どちらのソレノイドが通電されるかによって制御されます。一般的な 2 位置構成には、ソレノイドの通電が遮断されたときにスプリングがスプールを戻すスプリング オフセットと、ソレノイドの通電が遮断された後、反対側のソレノイドが通電されるまでスプールが所定の位置に留まる戻り止めが含まれます。 3 ポジションバルブにはスプリング中心の中立位置があり、両端のソレノイドがスプリング力に抗してスプールを移動します。両方のソレノイドの通電が遮断されると、スプリングがスプールを中心に戻します。 3 位置バルブは、シリンダの伸縮などの双方向アクチュエータ制御に最も一般的です。

極数とは、バルブが接続できる流路の数を指します。 4 方 3 位置バルブが最も一般的で、圧力ポート、タンク ポート、および 2 つの作業ポートを備えています。 4 方向バルブは双方向のシリンダーとモーターを制御します。三方弁は、圧力、タンク、および 1 つの作業ポートを備えた単動シリンダに使用されます。二方弁は、油圧回路の単純なオンオフスイッチとして使用されます。複雑なマルチアクチュエータ システムの場合、マルチセクション ソレノイド バルブ バンクは複数のスプールを 1 つのアセンブリに統合し、スペースと配管の複雑さを軽減します。

電圧オプションには、ほとんどのモバイル機器用の 12 ボルト DC、大型のモバイル機器および産業用アプリケーション用の 24 ボルト DC、定置型産業用機器用の 110 または 220 ボルト AC があります。 DC コイルは車両のバッテリーで動作し、電圧降下の影響を受けにくいため、モバイル用途に適しています。 AC コイルはポジティブシフトの場合に高い突入電流を提供しますが、スプールが固着すると焼損する可能性があるため、流体の清浄度に細心の注意を払う必要があります。輸出用途の場合は、注文前に仕向地市場の標準電気システムとの電圧互換性を確認してください。

電気接続と制御インターフェース

ソレノイドバルブの信頼性の高い動作には、適切な電気接続が不可欠です。さまざまな環境条件や制御システム要件に合わせて、さまざまな接続オプションが利用可能です。これらのオプションを理解することは、購入者が自社の機器とシームレスに統合するバルブを選択するのに役立ちます。

DIN コネクタは、ソレノイド バルブの電気接続の業界標準です。 DIN 43650 フォーム A コネクタは長方形の 3 ピン コネクタで、適切に嵌合すると塵や噴流水に対して IP65 保護を提供します。コネクタには安全のためアース端子が付いています。 DIN コネクタは、広く入手可能であり、確実なロックを提供し、再配線せずにコイルを迅速に交換できるため、産業用途やモバイル用途に好まれています。湿った環境または洗い流される環境では、追加のシーリングを備えた IP67 または IP69K 定格のコネクタが利用可能です。

リード線は DIN コネクタに代わる低コストの代替品であり、コイルにはストレインリリーフを通って出る永久的に取り付けられたワイヤが付いています。リード線は交換にはあまり便利ではありませんが、バルブを頻繁に取り外さない用途には許容できる場合があります。リード線の長さは通常 300 ～ 500 ミリメートルで、さまざまなワイヤ ゲージで入手できます。高振動アプリケーションの場合は、追加のストレインリリーフを備えたリード線をお勧めします。

プラグとレセプタクルの接続は最高レベルの環境保護を提供し、高圧洗浄を受けるモバイル機器で一般的に使用されています。 Deutsch および AMP タイプのコネクタは、高圧スプレーや塩害に耐える密閉接続を提供します。これらのコネクタは DIN コネクタより高価ですが、過酷な条件下でも高い信頼性を提供します。海洋または農業環境で使用される輸出機器の場合、ドイツのコネクタが指定されることがよくあります。

一部のソレノイド コイルでは、コイルが通電されていることを示すインジケータ ライトが利用可能です。これらのライトは、オペレータやメンテナンス技術者が電力がバルブに到達していることを確認するのに役立ちます。 LEDインジケーターは長寿命で低消費電力です。表示灯には、DIN コネクタに組み込まれているものと、コイルモールディングに組み込まれているものがあります。現場でのトラブルシューティングでは、インジケータライト付きのバルブにより診断時間が大幅に短縮されます。

ソレノイド方向弁のアプリケーション固有の選択

さまざまな業界や用途には、特定の油圧ソレノイド方向制御バルブの構成が必要です。これらの要件を理解することは、購入者が自社の機器や動作条件に適したバルブ仕様を選択するのに役立ちます。

トラクター、コンバイン、噴霧器などの農業機械では、電磁弁によって自動化機能が実現され、生産性が向上します。一般的なアプリケーションには、ヘッダー高さ制御、リール速度制御、自動ステアリングなどがあります。バルブは、屋外での塵、泥、湿気、極端な温度への曝露に耐える必要があります。 IP67 定格の DIN コネクタは、ほとんどの農業用途に適切な保護を提供します。最高の信頼性を実現するために、手動オーバーライド付きのバルブにより、電気システムに障害が発生した場合でも動作を継続できます。流量は通常、最大 250 bar の圧力で 1 分あたり 30 ～ 150 リットルの範囲です。精密農業用途では、比例制御機能を備えたバルブにより、作業機制御のための精密な計量が可能になります。

プレス、射出成形機、マテリアルハンドリング機器などの産業機械では、自動化された生産ラインに電磁弁が組み込まれています。バルブは通常、配管や漏れ箇所を減らすためにマニホールドに取り付けられます。産業用電源が利用できるため、AC コイルが一般的です。騒音に敏感な環境では、特別な消音機能を備えたバルブがパイロットの排気騒音を低減します。流量範囲は、最大 350 bar の圧力で 20 ～ 300 リットル/分です。ハイサイクル用途には、寿命の長いコイルと硬化スプールを備えたバルブが指定されています。

ショベル、ローダー、クレーンなどの移動式建設機械では、電磁弁を使用して補助機能を遠隔制御できます。油圧モーターとシリンダーには大流量が必要なため、パイロット操作バルブが一般的です。バルブは振動や衝撃荷重に耐える必要があります。耐候性のシールドされたコネクタと耐腐食性のボディが不可欠です。サムやコンパクターなどの掘削機のアタッチメントの場合、アタッチメントに直接取り付けられたソレノイド バルブにより、キャブからの制御が容易になります。流量範囲は、最大 300 bar の圧力で 1 分あたり 60 ～ 200 リットルです。

フォークリフトや高所作業車などの荷役機器では、電磁弁が自動機能により安全性を高めています。一般的な用途には、自動レベリング、速度制限、荷重保持などがあります。統合されたパイロット操作逆止弁を備えたバルブは、スプールが中立にあるときの負荷のドリフトを防ぎます。電動フォークリフトの場合、低消費電力コイルによりバッテリ寿命が延長されます。流量は通常、最大 210 bar の圧力で 15 ～ 60 リットル/分の範囲です。高所リフトの場合、緊急下降機能を備えたバルブが停電時の安全性を確保します。